DE2448635A1

DE2448635A1 - Einrichtung zur drehmomentbegrenzung in einer turbinen-generatorwelle

Info

Publication number: DE2448635A1
Application number: DE19742448635
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr Ing Fork
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1974-10-11
Filing date: 1974-10-11
Publication date: 1976-04-15
Also published as: AT338363B; US4015186A; FR2287795A1; SE7511171L; ATA769275A; CH584468A5; JPS5162309A

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen,

Werner-von-Siemens-Str.

Unser Zeichen: VPA 74/9323 C/Di

Einrichtung zur Drehmomentbegrenzung in einer Turbinen-Generatorwelle

Mit größer werdenden Leistungen von elektrischen Maschinen und sie antreibenden Turbinen wird es immer aufwendiger, die mechanischen Teile derartiger Turbosätze so zu dimensionieren, daß von ihnen auch Stoßbelastungen bei auftretenden Fehlern ohne weiteres aufgenommen werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die beim Abschalten von dreipoligen Netzkurzschlüssen auftretenden hohen Stoßbelastungen zu vermindern, die auf die Welle einwirken, die eine Turbine mit einem elektrischen Generator kuppelt. Durch Anwendung der Erfindung wird außer der Welle auch der Generator und die Turbine wesentlich von Stoßbeanspruchungen entlastet.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß besonders große Belastungen auf die rotierenden Teile eines Turbosatzes einwirken, wenn ein dreipoliger Netzkurzschluß abgeschaltet wird. Der Kurzschluß selbst hat nämlich zur Folge, daß eine relativ große Winkeldifferenz zwischen der Stellung des Generatorläufers und der Achse des Drehfeldes im Generator vorhanden ist. Hierdurch kann es zu erheblichen Stoßbelastungen der Welle kommen, wenn der Kurzschluß abgeschaltet wird und die Winkeldifferenz zwischen der Generatorspannung und der wiederkehrenden Netzspannung relativ große Werts aufweist.

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Die Differenzspannung zwischen der im Generator induzierten Spannung und der Netzspannung trifft vor allem bei generatornahen Kurzschlüssen auf sehr kleine Reaktanzwerte, die große Ausgleichsströme und damit große Drehmomente in der Turbosat zwelle verursachen.

Die Aufgabe der Erfindung wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Begrenzung des in einer Turbinen-Generatorwelle beim Abschalten eines dreipoligen Netzkurzschlusses auftretenden Drehmomentes dadurch gelöst, daß den Ausschaltspulen der Pole mindestens eines zwischen Generator und Kurzschlußstelle eingeschalteten Leistungsschalters eine Auswahleinrichtung vorgeschaltet ist, die veranlaßt, daß bei vorhandenem dreipoligem Netzkurzschluß zwei Phasenleiter um mehr als eine Halbwellendauer der Netzspannung verzögert gegenüber dem dritten Phasenleiter abgeschaltet werden.

Durch diese Maßnahme wird infolge der beim Auftrennen zunächst nur eines Phasenleiters zwischen Fehlerstelle und Generator noch wirksamen größeren Reaktanz der sonst wirksame Drehmomentstoß auf die Turbinen-Generatorwelle in zwei Stöße mit etwa halber Amplitude aufgeteilt. Hierdurch ist es möglich, die Turbinen-Generatorwelle mit einem geringen Drehmoment zu beanspruchen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn beim Abschalten eines dreipoligen Netzkurzschlusses zunächst der Phasenleiter aufgetrennt wird, in dem ein Kurzschlußstrom mit dem kleinsten Gleichstromglied fließt, da dieser Schalterpol am leichtesten und damit auch am schnellsten abgeschaltet werden kann. Sieht man eine derartige Auswahleinrichtung vor, ergibt sich der besondere Vorteil, daß Löschschwierigkeiten, wie sie beim Abschalten eines Kurzschlußstromes mit großem Gleichstromglied auftreten, weitgehend vermieden werden. Hierdurch ergibt sich auch eine längere Lebensdauer des den Kurzschluß abschaltenden Leistungsschalters.

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Pur den Pall, daß man nicht jeden zur Kurzschlußabschaltung dienenden Leistungsschalter mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung versehen will, ist es möglich, den Blockschalter eines Turbosatzes dementsprechend auszurüsten und ihm jeweils ein Ausschaltsignal zu geben, wenn im näheren Bereich des Turbosatzes ein dreipoliger Netzkurzschluß auftritt. In diesem Fall muß sichergestellt sein, daß der Leistungsschalter, der der Kurzschlußstelle am nächsten ist, erst öffnet, wenn die Verzögerungszeit nach der Öffnung des ersten Leistungsschalterpoles abgelaufen ist. Die Aufgabe, die beiden verzögert abzuschaltenden Phasenleiter aufzutrennen, kann dann auch von diesem der Kurzschlußstelle am nächsten liegenden Leistungsschalter übernommen werden. In diesem Fall genügt es, den Leistungsschalter des aus Turbine, Generator und Transformator bestehenden Blockes vorübergehend nur einpolig zu öffnen.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung ist in der Zeichnung dargestellt. Die Turbine 1 ist über eine Welle 2 und eine Kupplung 3 mit einem Generator 4 verbunden. Dieser ist über einen Hochspannungstransformator 5 an ein elektrisches Netz angeschlossen. Zwischen dem Hochspannungstransformator 5 und der dreipoligen Kurzschlußstelleι 7 in einem elektrischen Netz 6 können sich mehrere Leistungsschalter befinden. Hier ist nur ein Pol für den Phasenleiter R eines Leistungsschalters 8 dargestellt. Dieser Pol ist mit einer Auslösespule 9 versehen, die über ein Relais 10 erregt werden kann. Der Spule des Relais 10 ist eine Signalleitung 11 vorgeschaltet, die an einen Ausgang einer Auswahleinrichtung 12 führt, deren Aufbau nachstehend beschrieben wird.

Die Auswahleinrichtung erhält über Stromwandler 13 die drei Phasenleiterströme, die über die Phasenleiter auf der Hochspannungsseite des Hochspannungstransformators 5 fließen.

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Sie werden in Impulsformerstufen 14 in Rechteckimpulse umgewandelt, die jeweils im Nulldurchgang des Stromes der einzelnen Phasenleiter auftreten. Den Impulsformerstufen sind jeweils eine Zeitstufe 15 und parallel dazu eine Zeitstufe pro Phasenleiter nachgeschaltet. Die Zeitstufen 15 sind auf eine Verzögerungszeit von etwas weniger als 10 ms und die Zeitstufen 16 auf eine Verzögerungszeit von etwas mehr als 10 ms eingestellt. Dies gilt für den Fall, daß die Netzfrequenz 50 Hz beträgt und eine Halbwelle der Netzspannung 10 ms dauert. Der Abstand zu der normalen zeitlichen Dauer von 10 ms ist so gewählt, daß im Normalfall die von der Impulsformerstufe abgegebenen Rechteckimpulse immer dann auftreten, wenn die Zeitstufe 15 ein Ausgangssignal abgibt, die Laufzeit der Zeitstufe 16 aber noch nicht beendet ist. Die Ausgangsleitung jeder Impulsformerstufe 14 und die Ausgangsleitung der jeweils nachgeschalteten Zeitstufe 15 sind jeweils an ein Und-Glied 17 geführt. Der Ausgang der Zeitstufe 16 ist mit Signalumkehr an den Eingang des für den jeweiligen Phasenleiter vorgesehenen Und-Gliedes 17 angeschlossen. Außerdem erhalten die Und-Glieder 17 Eingangssignale von den für die "Anregung" zur Distanzmessung vorgesehenen Ausgangsleitungen 18 einer Distanzschutzanordnung 19.

Die Auslöseleitungen 20 der Distanzschutzanordnung 19 sind an Und-Glieder 21 geführt. Pur jede Phase ist jeweils ein Und-Glied 21 dem entsprechenden Und-Glied 17 nachgeschaltet. Außerdem besitzt jedes Und-Glied 21 einen Eingang, der an den Ausgang eines Und-Gliedes 22 angeschlossen ist. Das Und-Glied 22 erhält Eingangssignale von den Ausgangsleitungen 18 des Distanzschutzes 19 und führt an seinem Ausgang immer Signal, wenn ein dreipoliger Netzkurzschluß vorliegt. Untereinander sind die Und-Glieder 21 so verriegelt, daß jedes der Und-Glieder 21, das am Ausgang ein Signal führt, die für die anderen Phasenleiter vorgesehenen Und-Glieder sperrt, so daß

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an diesen kein Ausgangssignal mehr erscheinen kann. Weitere Und-Glieder 23, von denen nur dasjenige für den Phasenleiter R dargestellt ist, sind über ein Umkehrglied an den Ausgang des Und-Gliedes 22 und an die Auslöseleitung des zugehörigen Phasenleiters angeschlossen. Ihre Ausgänge sind an den Eingang eines dem zugehörigen Und-Glied 21 nachgeschalteten Oder-Gliedes 24 geführt, dessen Ausgang auf die Spule des Relais 10 einwirkt. Der Ausgang der Und-Glieder 21 ist über je eine Zeitstufe 25 an der nicht dargestellten Auslösespule für die in den anderen Phasenleitern liegenden Pole des Leistungsschalters 8 angeschlossen. Diese Zeitstufen 25 sind auf eine Zeit von etwa 25 ms bis 40 ms (bei 50 Hz Netzfrequenz) eingestellt. Die Verzögerungszeit dieser Zeitstufe soll auf den halben Wert der über der Netzperiodendauer liegenden Torsionsperiodendauer der Welle 2 eingestellt sein. Sie ist damit immer länger als die Dauer einer Halbwelle der Netzfrequenz. Diese Verzögerungszeit ist abhängig von den jeweiligen Netzverhältnissen möglichst so zu wählen, daß die verzögert abzuschaltenden Phasenleiter aufgetrennt werden, wenn das durch die Auftrennung des ersten Phasenleiters erzeugte Drehmoment in der Welle 2 seinen Spitzenwert überschritten hat und zurückschwingt.

Nimmt man an, daß ein dreipoliger Netzkurzschluß vorliegt, daß ein Auslösebefehl auf den Leistungsschalter 8 von der Distanzschutzanordnung 19 gegeben wird und daß in dem Strom der Phasenleiter S und T ein gegenüber dem Strom im Phasenleiter R großes Gleichstromglied vorhanden ist, dann werden beim Auftreten des nächsten Rechteckimpulses am Ausgang der Impulsformerstufen 14 in den Phasenleitern S und T beide Zeitstufen 15 und 16 Signal führen, während die Zeitstufe 16 des Phasenleiters R kein Signal führt. Dies liegt daran, daß wegen des relativ geringen Gleichstromgliedes im Strom des Phasenleiters R der Abstand zweier aufeinander-

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folgender Nulldurchgänge des Stromes nicht verlängert ist. Die Und-Glieder 17 für die Phasenleiter S und T erhalten an ihrem ganz unten gezeichneten Eingang damit kein Signal und können kein Ausgangssignal abgeben. Allein das Und-Glied 17 für den Phasenleiter R erhält an allen Eingängen Signal und gibt dieses Signal an das ihm nachgeschaltete Und-Glied 21 für den Phasenleiter S weiter. Da zusätzlich ein Signal am Und-Glied 22 vorhanden ist (dreipolige Anregung) und ein Auslösesignal von der Auslöseleitung 20 für den Phasenleiter R abgegeben wird, erscheint auch am Ausgang dieses Und-Gliedes 21 ein Signal. Der Ausgang des Und-Gliedes 21 ist über Umkehrstufen mit den übrigen Und-Gliedern 21 verbunden. Diese sind von diesem Zeitpunkt an also gesperrt. Das Ausgangssignal wird weiterhin an die nachgeschaltete Zeitstufe 25 gegeben, die nach der gewählten Verzögerungszeit die Leistungsschalterpole für die übrigen Phasenleiter öffnet. Außerdem gelangt es unverzögert über das Oder-Glied 24 zum Relais und trennt den Phasenleiter R über den zugehörigen Pol des Leistungsschalters 8 auf.

Für den Fall, daß der Strom zweier Phasenleiter ohne nennenswertes Gleichstromglied ist, bleibt es dem Zufall überlassen, welcher Leistungsschalterpol zuerst geöffnet wird. Ist keine dreipolige Anregung vorhanden und liegt ein Auslösebefehl für den einen oder anderen Phasenleiter vor, so führt das Und-Glied 23 an seinem Ausgang Signal und löst den zugehörigen Pol des Leistungsschalters 8 aus.

Für den Fall, daß nicht der Leistungsschalter für die gestaffelte Ausschaltung herangezogen wird, der der Kurzschlußstelle am nächsten liegt, sondern für die Auftrennung zusätzlich der dem Generator 4 am nächsten liegende Schalter herangezogen wird, kann man dem Ausgang der Zeitstuf'e 25 ein weiteres Und-Glied 26 nachschalten, das über einen zweiten Eingang an die Auslöseleitung 20 der Distanzschutzanord-

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nung 19 angeschlossen ist.

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In diesem Fall wird das von der Zeitstufe 25 abgegebene Ausschaltsignal für die übrigen beiden Phasenleiter für den in der Nähe des Generators 4 liegenden Leistungsschalter 8 nur dann wirksam, wenn nach Ablauf der Verzögerungszeit der Zeitstufe 25 noch ein Auslösesignal vorhanden ist.

3 Patentansprüche 1 Figur

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Claims

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1. Einrichtung zur Begrenzung des in einer Turbinen-Generatorwelle "beim Abschalten eines dreipoligen Netzkurzschlusses auftretenden Drehmomentes, dadurch gekennzeichnet, daß den Auslösespulen (9) der Pole mindestens eines zwischen Generator (4) und Kurzschlußstelle (7) eingeschalteten Leistungsschalters (8) eine Auswahleinrichtung (12) vorgeschaltet ist, die veranlaßt, daß bei vorhandenen dreipoligen Netzkurzschluß zwei Phasenleiter um mehr als eine Halbwellendauer der Netzspannung verzögert gegenüber dem dritten Phasenleiter abgeschaltet werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahleinrichtung eine Meßeinrichtung (13 bis 14) zur Bestimmung des in den Phasenleiterströmen vorhandenen Gleichstromanteils enthält und daß der Schalterpol in dem Phasenleiter mit dem geringsten Gleichstromanteil als erster ein Abschaltsignal erhält.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßeinrichtung zur Bestimmung des in den Phasenleiterströmen enthaltenen Gleichstromanteils Zeitstufen (15, 16) zur Messung des zeitlichen Abstandes zweier aufeinanderfolgender Stromnulldurchgänge enthalten sind und daß diesen Zeitstufen Und-Glieder (17) zur Sperrung des Auslösesignals bei zu großem oder zu kleinem zeitlichen Abstand zweier aufeinanderfolgender Stromnulldurchgänge nachgeschaltet sind.